JP5249132B2 - Wiring board - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子(チップ)等の電子部品を実装するのに用いられる配線基板に関し、特に、ベース基材として用いられるコア基板を有し、このコア基板の両面に配線層が積層された構造を有する配線基板に関する。 The present invention relates to a wiring board used for mounting an electronic component such as a semiconductor element (chip), and in particular, has a core board used as a base substrate, and wiring layers are laminated on both surfaces of the core board. The present invention relates to a wiring board having a structure.
かかる配線基板は、半導体素子(チップ)等を実装する役割を果たすという点で、以下の記述では便宜上、「半導体パッケージ」もしくは単に「パッケージ」ともいう。 Such a wiring board is also referred to as “semiconductor package” or simply “package” in the following description for convenience in that it plays a role of mounting a semiconductor element (chip) or the like.
BGA(Ball Grid Array) やLGA(Land Grid Array) 、PGA(Pin Grid Array)等の半導体パッケージを製造する場合、一般的には、当該パッケージのベース基材として供されるコア層(コア基板)を用意し、その両面もしくは片面に、例えばビルドアップ法により、絶縁層の形成、絶縁層におけるビアホールの形成、ビアホールの内部を含めた導体パターン(配線層)の形成を順次繰り返して多層配線構造とし、最終的に最表面を保護膜で被覆し、その保護膜の所要の箇所を開口して導体パターンの一部(パッド)を露出させている。さらに、BGAやPGAの場合、その露出しているパッドに外部接続端子としてのボールやピンを接合している。 When manufacturing semiconductor packages such as BGA (Ball Grid Array), LGA (Land Grid Array), and PGA (Pin Grid Array), a core layer (core substrate) generally used as a base material for the package A multilayer wiring structure is formed by sequentially repeating formation of an insulating layer, formation of a via hole in the insulating layer, and formation of a conductor pattern (wiring layer) including the inside of the via hole on both sides or one side by, for example, a build-up method. Finally, the outermost surface is covered with a protective film, and a required portion of the protective film is opened to expose a part (pad) of the conductor pattern. Further, in the case of BGA and PGA, balls and pins as external connection terminals are joined to the exposed pads.
このような半導体パッケージは、一方の面に半導体素子等のチップ部品が搭載され、他方の面に設けられた外部接続端子を介してマザーボード等の実装用基板に実装されるようになっている。つまり、半導体パッケージを介してチップ部品と実装用基板とが電気的に接続されるようになっている。このため、パッケージのベース基材として用いられるコア基板には、その両面間を電気的に導通させるための手段としてスルーホールが形成され、このスルーホールに導電性材料が充填されている。そして、このスルーホールに充填された導体の両端(コア基板の面上)には、コア基板の両側の各配線層との層間接続を行い易くするための接続用パッド(「受けパッド」とも呼ばれる)が設けられている。 Such a semiconductor package has a chip component such as a semiconductor element mounted on one surface and is mounted on a mounting substrate such as a mother board via an external connection terminal provided on the other surface. That is, the chip component and the mounting substrate are electrically connected via the semiconductor package. For this reason, in the core substrate used as the base substrate of the package, a through hole is formed as means for electrically conducting both surfaces, and the through hole is filled with a conductive material. Then, on both ends (on the surface of the core substrate) of the conductor filled in the through hole, connection pads (also referred to as “receiving pads”) for facilitating interlayer connection with each wiring layer on both sides of the core substrate. ) Is provided.
従来の方法では、パッケージの種類や搭載されるチップ部品の機能等に応じて所定のサイズ及び厚さのベース基材(例えば、プラスチックパッケージであれば両面銅張積層板、セラミックパッケージであればアルミナや窒化アルミニウム等の粉末を有機樹脂で結合したグリーンシート)を用意し、このベース基材の所要の箇所に、機械ドリル等による穴明け加工によりスルーホール(現状の技術では、直径が300μm程度)を形成した後、セラミックパッケージであればその表面にメタライジング加工を施し、さらにその表面に、プラスチックパッケージであれば電解めっき等により、セラミックパッケージであれば導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法等により、スルーホールを充填するようにして導体パターン(上記の受けパッドを含む)を形成している。 In the conventional method, a base substrate having a predetermined size and thickness (for example, a double-sided copper-clad laminate for a plastic package or an alumina for a ceramic package) according to the type of package and the function of a chip component to be mounted. A green sheet with a powder of aluminum or aluminum nitride bonded with an organic resin), and through holes are drilled in the required locations of the base substrate with a mechanical drill or the like (current technology has a diameter of about 300 μm) In the case of a ceramic package, the surface of the ceramic package is subjected to metallizing. Further, on the surface of the plastic package, electrolytic plating or the like is used. For the ceramic package, a screen printing method using a conductive paste is used. Conductor pattern (filling pad as above) so as to fill through hole Forming a included).
つまり、要求されるパッケージ毎に1枚ずつ特定のコア基板を用意し、そのコア基板に対して穴明け加工(スルーホールの形成)、メタライジング加工(金属層の形成)、穴埋め処理(スルーホール内への導体の充填)等を行う必要があった。 In other words, a specific core substrate is prepared for each required package, and drilling (through hole formation), metalizing (metal layer formation), hole filling processing (through hole) is performed on the core substrate. It was necessary to fill the inside of the conductor).
かかる従来技術に関連する技術の一例は、下記の特許文献1に記載されている。この文献に開示された配線基板の構造では、コア基板に貫通フィルドビアが300μm以下の同径でかつ2mm以下の等ピッチでマトリクス状に形成され、該コア基板の表面に、絶縁層を介して平面配線パターンが形成され、該配線パターンの各パッド部が絶縁層を貫通する連絡ビアを介してフィルドビアの対応する各ビアと1対1で電気的に接続されている。
An example of a technique related to the conventional technique is described in
また、これに関連する他の技術として、下記の特許文献2に記載されているように、貫通孔が多数形成されている多孔質金属酸化膜からなる基板をベース基材として用いた配線基板がある。この基板に設けられた各貫通孔には、基板の電極が配置される位置に形成されている貫通孔についてはその内部に導電材料が埋め込まれ、他の貫通孔についてはその内部に絶縁材料が埋め込まれている。
In addition, as another technique related to this, as described in
上述したように従来の配線基板(パッケージ)においては、コア基板の両側の各配線層間を電気的に接続するための手段として、コア基板にスルーホールを形成し、さらにこのスルーホール(充填導体)の両面に受けパッドを形成する必要があった。そして、このスルーホール(受けパッドを含む)を形成するにあたり、当該パッケージの種類や搭載されるチップ部品の機能等に応じて、1枚ずつ特定のコア基板を用意し、そのコア基板に対して穴明け、メタライジング、穴埋め等の加工を行わなければならなかった。 As described above, in the conventional wiring board (package), as a means for electrically connecting the wiring layers on both sides of the core board, a through hole is formed in the core board, and this through hole (filling conductor) is further formed. It was necessary to form receiving pads on both sides of the sheet. In forming this through hole (including the receiving pad), a specific core substrate is prepared one by one in accordance with the type of the package and the function of the chip component to be mounted. Processing such as drilling, metalizing, and hole filling had to be performed.
このため、当該パッケージに適したコア基板を製造するのに長時間を要し、目的とするコア基板を効率良く製造することができず、また、コア基板の製造に要する時間が長期化するため、コストが高くなるといった課題があった。 For this reason, it takes a long time to manufacture a core substrate suitable for the package, the target core substrate cannot be efficiently manufactured, and the time required to manufacture the core substrate is prolonged. There was a problem that the cost was high.
一方、コア基板に対するスルーホールの加工精度やアライメント精度、配線層の積層精度などに依存して、受けパッドの径を大きくする必要があった。このため、配線設計の自由度が阻害され、配線密度が制約されるといった課題もあった。特に、電子機器の更なる小型化等の要求に伴い、現状の技術ではスルーホールの直径及び配設ピッチも限界にきているため、配線基板全体の配線密度はより一層制約されることになる。 On the other hand, it is necessary to increase the diameter of the receiving pad depending on the processing accuracy and alignment accuracy of the through hole with respect to the core substrate, the lamination accuracy of the wiring layer, and the like. For this reason, there is a problem that the degree of freedom in wiring design is hindered and the wiring density is restricted. In particular, with the demand for further downsizing of electronic devices, the current technology has also reached the limit of the diameter and arrangement pitch of the through holes, so that the wiring density of the entire wiring board is further restricted. .
本発明は、かかる従来技術における課題に鑑み創作されたもので、コア基板の共通化を図り、コストの低減化を図るとともに、配線密度を高め、配線設計の自由度を向上させることができる配線基板を提供することを目的とする。 The present invention was created in view of the problems in the prior art, and can be used for common core substrates, reducing costs, increasing wiring density, and improving the degree of freedom in wiring design. An object is to provide a substrate.
上記の従来技術の課題を解決するため、本発明の基本形態によれば、絶縁性基材にその厚さ方向に貫通する多数の線状導体が密に設けられた構造を有するコア基板を備え、該コア基板の両面に、複数の線状導体を共有する形でその両端に電気的に接続された配線層の一部からなるパッドが対向配置され、該パッドを介して前記コア基板の一方の面側と他方の面側との配線接続が形成されていることを特徴とする配線基板が提供される。 In order to solve the above-described problems of the prior art, according to the basic form of the present invention, a core substrate having a structure in which a large number of linear conductors penetrating in the thickness direction is densely provided in an insulating base material is provided. A pad made of a part of a wiring layer electrically connected to both ends of the core substrate so as to share a plurality of linear conductors is disposed opposite to both sides of the core substrate, and one of the core substrates is interposed through the pad. A wiring board is provided in which a wiring connection is formed between the first surface side and the other surface side.
本発明に係る配線基板の構成によれば、コア基板の両面に、絶縁性基材の厚さ方向に貫通形成された複数の線状導体を共有する形でパッド(配線層の一部)が対向配置されているので、コア基板の一方の面側の配線と他方の面側の配線とは、この対向配置されたパッドを介して電気的に接続することができる。 According to the configuration of the wiring board according to the present invention, the pads (a part of the wiring layer) are formed on both sides of the core board so as to share a plurality of linear conductors penetratingly formed in the thickness direction of the insulating base material. Since they are arranged so as to face each other, the wiring on one surface side of the core substrate and the wiring on the other surface side can be electrically connected via the pads arranged so as to face each other.
つまり、従来のように配線基板の種類や搭載されるチップ部品の機能等に応じて1枚ずつ特定のコア基板を用意しなくても、コア基板の両面に配置される各パッドのサイズや位置を適宜変更するだけで、当該パッド及びこれにつながる複数の線状導体を介してコア基板の両面間を容易に接続することができる。 In other words, the size and position of each pad arranged on both sides of the core substrate without preparing a specific core substrate one by one according to the type of wiring substrate and the function of the chip component to be mounted as in the past. It is possible to easily connect between both surfaces of the core substrate through the pad and a plurality of linear conductors connected to the pad, by simply changing.
このように本発明によれば、コア基板を共通化できるので、低コスト化を図ることができる。また、従来技術で行われていたような、コア基板に対するアライメント精度等に依存して受けパッドの径を大きくする必要がないため、配線設計の自由度を高めることができ、同時に配線密度の向上も図ることができる。 Thus, according to the present invention, since the core substrate can be shared, the cost can be reduced. In addition, it is not necessary to increase the diameter of the receiving pad depending on the alignment accuracy with respect to the core substrate as was done in the prior art, so the degree of freedom in wiring design can be increased and at the same time the wiring density is improved. Can also be planned.
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る配線基板(半導体パッケージ)の構成を断面図の形態で示したものである。本実施形態の配線基板(パッケージ)30は、後述するように一方の面に半導体素子(シリコンチップ)を実装し、他方の面に設けられた外部接続端子を介してマザーボード等の実装用基板に実装されて用いられることを意図している。 FIG. 1 shows a configuration of a wiring board (semiconductor package) according to an embodiment of the present invention in the form of a sectional view. The wiring substrate (package) 30 of this embodiment has a semiconductor element (silicon chip) mounted on one surface as described later, and is mounted on a mounting substrate such as a mother board via an external connection terminal provided on the other surface. It is intended to be implemented and used.
本実施形態に係る配線基板30は、図示のようにそのベース基材として用いられるコア基板10と、このコア基板10の両面にそれぞれ所要の層数分積層されたビルドアップ層20とを備えている。各ビルドアップ層20は、コア基板10上に形成された絶縁層21と、この絶縁層21の所要の箇所に形成されたビアホールを充填して絶縁層21上に所要の形状にパターニングされた導体層(1層目の配線層)22と、この配線層22上に形成された絶縁層23と、この絶縁層23の所要の箇所に形成されたビアホールを充填して絶縁層23上に所要の形状にパターニングされた導体層(2層目の配線層)24とを備えており、さらに、当該配線層24の所要の箇所に画定されたパッドの部分を露出させてその表面を覆うように形成された保護膜としての絶縁層(ソルダレジスト層)25とを備えている。配線層22,24の材料としては、典型的に銅(Cu)が用いられ、絶縁層21,23,25の材料としては、エポキシ系樹脂等に代表される樹脂が用いられる。
The
ベース基材として用いられるコア基板10は、本発明を特徴付ける部材であり、所要の厚さを有した絶縁性基材11に、その厚さ方向に貫通する微小径の線状導体12が所定の間隔で高密度に設けられた構造を有している。つまり、線状導体12は、その両端が絶縁性基材11の両面に露出するように形成されている。
The
この絶縁性基材11には、後述するようにコア基板10の一部がキャパシタとして利用されることから、可能な限り誘電率の高い材料を使用するのが望ましい。例えば、アルミナ(酸化アルミニウム)等の無機誘電体を好適に使用することができる。また、アルミナ等の無機材料を使用することで、コア基板10全体としての熱膨張係数(CTE)、ひいてはパッケージ30全体としてのCTEを、本パッケージ30に実装される半導体(シリコン)チップのCTEに近づけることができる。ちなみに、チップを構成するシリコンのCTEは3ppm/℃程度であるのに対し、絶縁性基材11を構成するアルミナのCTEは6〜7ppm/℃程度である。
As described later, since a part of the
さらに、このコア基板10の両面には、それぞれ所要の箇所に、配線層22の一部から構成される(つまり、配線層22を形成したときに同時に形成される)パッドが配置されている。図2は、そのパッドの配置形態(コア基板10における線状導体12とこれに接続されるパッドとの相対関係)を模式的に示している。
Furthermore, on both surfaces of the
すなわち、コア基板10の両面に形成されるパッドには、図2(a)に示すように複数の線状導体12を一群として各群毎に当該線状導体12を共有する形でその両端に対向配置(接続)された1対のパッドP1,P2と、図2(b)に示すように複数の線状導体12を一群として各群毎に当該線状導体12の一端側にのみ接続されたパッドP3,P4とが含まれている。図2(a)に示す配置形態では、対向配置されたパッドP1,P2は、当該複数の線状導体12を介して電気的に接続されている。これに対し、図2(b)に示す配置形態では、一方の面に形成されたパッドP3(P4)及びこれに接続された複数の線状導体12と、他方の面に形成されたパッドP4(P3)及びこれに接続された複数の線状導体12とは、電気的には接続されておらず、誘電体(絶縁性基材11)のみを介して容量結合されている。
That is, as shown in FIG. 2A, the pads formed on both surfaces of the
このようにコア基板10に設けられた多数の線状導体12は、図2に例示したように複数の線状導体12を一群として各群毎にいずれかのパッドP1,P2,P3,P4に電気的に接続されているが、図示のように、いずれのパッドP1〜P4にも接続されていない孤立した線状導体12も含まれている。
As described above with reference to FIG. 2, the plurality of
この線状導体12は、後述するように絶縁性基材11に形成された貫通孔に金属材料を充填することによって形成される。そして、この線状導体12の役割は、本実施形態では大きく分けて2つある。その一つは、図2(a)に例示したように、線状導体12の一端側(対向配置されたパッドP1,P2の一方の側のパッド)で信号を受けて他端側(他方の側のパッド)に確実に伝えることである。つまり、コア基板10を介して一方の面側の配線層22,24と他方の面側の配線層22,24とを電気的に接続するための役割を果たす。これは、従来のコア基板に設けられたスルーホール(に充填された導体)の役割に相当する。
The
もう一つの役割は、図2(b)に例示したように、(a)とは異なり、直接的に接続されていないパッドP3,P4の一方を電源ラインに、他方をグランドラインにそれぞれ接続することにより、両者間のキャパシタとして機能させ、電源ラインを通じてひき起こされる回路から回路への不都合な信号結合(ノイズ)を防止することにある。また、この容量成分には、瞬時電流を供給する役割もある。 As illustrated in FIG. 2B, the other role is different from (a) in that one of the pads P3 and P4 that are not directly connected is connected to the power supply line and the other is connected to the ground line. Thus, it is intended to function as a capacitor between the two, and to prevent inconvenient signal coupling (noise) from the circuit to the circuit caused through the power supply line. The capacitive component also has a role of supplying an instantaneous current.
このようにコア基板10に設けた線状導体12は重要な役割を果たす必要があるため、設計の際にその信号の接続部分として絶縁性基材11上の任意の領域を選択したときに、その選択したいずれの領域においても平均的に多数の線状導体12が含まれていることが望ましい。従って、可能な限り絶縁性基材11における金属充填密度を高くする必要があり、このため、上述したように微小径の線状導体12を高密度に配置している。
Since the
本実施形態では、コア基板10に設けられる線状導体12は、隣り合う線状導体12間の距離(D)が線状導体12の直径(d)よりも小さくなるように(D<d)、配置されている。さらに好適には、線状導体12の直径(d)が30nm〜2μm程度となるように選定している。各線状導体12の配置形態については、D<dを満たしていれば、特に限定されない。例えば、ヘキサゴナル状に配置されていてもよいし、グリッド状に配置されていてもよい。また、コア基板10の両面に形成される各パッドP1,P2,P3,P4は、上述したように複数の線状導体12を一群として各群毎に配置されているが、例えば、パッドの直径を90〜100μm程度に選定すると、当該パッドには数千本の線状導体12が接続されることになる。
In the present embodiment, the
このように構成されたコア基板10の両面には、それぞれ各パッドP1,P3間の領域及び各パッドP2,P4の間の領域を被覆するように絶縁層21が形成されている。正確には、後述するようにコア基板10の両面に絶縁層21が形成された後、その絶縁層21の所要の箇所(パッドを形成すべき位置)に形成されたビアホールに導電性材料を充填することで、当該パッドが形成される。そして、その導電性材料の充填の際に1層目の配線層22も同時に形成される。つまり、各パッドP1〜P4は、対応する配線層22と一体的に形成されている。さらに、各配線層22上に、それぞれ絶縁層23、2層目の配線層24、最外層の絶縁層(ソルダレジスト層)25が順次形成されている。
Insulating
以下、本実施形態に係る配線基板(パッケージ)30を製造する方法について、その製造工程の一例を示す図3〜図5を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the wiring board (package) 30 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
先ず最初の工程では(図3(a)参照)、絶縁性基材11として、アルミナ(酸化アルミニウム)のグリーンシート(厚さは70〜100μm程度で、大きさは10×10mm程度を用意し、このシート全体に亘りその厚さ方向に、パンチャ等により多数の貫通孔THを形成する。すなわち、この貫通孔THには線状導体12が充填されるので、上述した所定の関係:D(線状導体12間の距離)<d(線状導体12の直径)を満たすように貫通孔THを高密度に形成する。
First, in the first step (see FIG. 3 (a)), as the insulating
本実施形態では、上述したように可能な限り絶縁性基材11における金属充填密度を高くすることを意図している。このため、線状導体12の直径(d)は可能な限り小さい方が望ましい(好適には、30nm〜2μm程度)。このような微小径の孔(貫通孔TH)は、陽極酸化法を用いて形成することができる。
In the present embodiment, as described above, the metal filling density in the insulating
例えば、アルミニウム(Al)基板の一方の面を絶縁被膜したものを用意し、このAl基板の表面を洗浄後、電解液(好適には硫酸水溶液)中に浸漬し、このAl基板を陽極とし、これに対向配置される白金(Pd)電極を陰極として通電(パルス電圧を印加)することで、Al基板の表面に多孔質金属酸化膜(微小径の孔が規則正しく形成された酸化アルミニウムの膜)を形成することができる。この後、陽極酸化とは逆電位の電圧を各電極に印加(Al基板を陰極とし、Pd電極を陽極として通電)することで、多孔質金属酸化膜をAl基板から分離する。これによって、所望の微小径(30nm〜2μm程度)の貫通孔THが高密度に形成された絶縁性基材(アルミナ)11が得られる。 For example, an aluminum (Al) substrate having an insulating coating on one surface is prepared, and after cleaning the surface of the Al substrate, it is immersed in an electrolytic solution (preferably an aqueous sulfuric acid solution). A platinum (Pd) electrode placed opposite to this is energized as a cathode (pulse voltage is applied), so that a porous metal oxide film (aluminum oxide film in which fine pores are regularly formed) on the surface of the Al substrate. Can be formed. Thereafter, a porous metal oxide film is separated from the Al substrate by applying a voltage having a potential opposite to that of anodic oxidation to each electrode (the Al substrate is used as a cathode and the Pd electrode is used as an anode). As a result, an insulating base material (alumina) 11 in which through holes TH having a desired minute diameter (about 30 nm to 2 μm) are formed at a high density is obtained.
なお、絶縁性基材11の材料としては、アルミナ(酸化アルミニウム)以外に、酸化チタニウム、窒化アルミニウム、ムライト、ガラスセラミックス(ガラスとセラミックスの複合材料)等の無機材料を使用することができる。また、ペロブスカイト型構造の金属酸化物、例えば、BTO(チタン酸バリウム)、STO(チタン酸ストロンチウム)、BST(チタン酸バリウムストロンチウム)、PZT(チタンジルコン酸鉛)等の無機材料を使用することも可能である。
In addition to alumina (aluminum oxide), an inorganic material such as titanium oxide, aluminum nitride, mullite, and glass ceramics (a composite material of glass and ceramics) can be used as the material for the insulating
本実施形態では、コア基板10の一部をキャパシタとして機能させることを意図しているので、かかる無機材料は比較的高い誘電率を有している点で、絶縁性基材11の材料としては好適である。例えば、ムライトを使用した場合、誘電率の点ではアルミナよりも若干劣る(アルミナの誘電率が8〜10程度であるのに対し、ムライトの誘電率は6.5である)が、信号伝播の高速化という点で有利であり、高速のスイッチング動作が要求されるチップ部品を搭載するパッケージのコア基板として使用する場合に特に有用である。
In this embodiment, since a part of the
次の工程では(図3(b)参照)、絶縁性基材11に形成された貫通孔THに金属材料を充填して線状導体12を形成する。例えば、銀(Ag)や銅(Cu)等の導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法やインクジェット法等により、貫通孔THを当該金属材料で充填する。
In the next step (see FIG. 3B), the
さらに、必要に応じて機械研磨、化学機械研磨(CMP)等により両面を研磨して平坦化し、線状導体12の両端を絶縁性基材11の両面に露出させる。これによって、図示のように絶縁性基材11にその厚さ方向に貫通する微小径の線状導体12が高密度に設けられた構造体、すなわち、コア基板10が作製されたことになる。
Further, both surfaces are polished and flattened by mechanical polishing, chemical mechanical polishing (CMP), or the like as necessary, and both ends of the
次の工程では(図3(c)参照)、そのコア基板10の両面に、それぞれ絶縁層21Aを形成する。この絶縁層21Aの材料としては、ビルドアップ多層配線板において一般に用いられているエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等が用いられる。樹脂のタイプとしては、熱硬化性樹脂、感光性樹脂のいずれも使用可能であるが、本実施形態では熱硬化性のエポキシ系樹脂を使用している。また、樹脂の形態としては、液状のものに限らず、フィルム状に成形されたものも使用可能である。つまり、コア基板10上に熱硬化性のエポキシ系樹脂をコーティングし、又は熱硬化性のエポキシ系樹脂フィルムをラミネートし、熱硬化させて、所要の絶縁層21Aを形成している。
In the next step (see FIG. 3C), insulating
次の工程では(図3(d)参照)、コア基板10の両面に形成された各絶縁層21Aに対し、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ等により、それぞれ所要の箇所を開口して、コア基板10に達するビアホールVH1,VH2を形成する(絶縁層21の形成)。各ビアホールVH1,VH2は、コア基板10の両面に形成すべき各パッドP1,P3,P2,P4の形状に従って形成される。
In the next step (see FIG. 3 (d)), each insulating
次の工程では(図3(e)参照)、コア基板10の両面の各絶縁層21上に、それぞれ絶縁層21に形成されたビアホールVH1,VH2を充填するようにして導体層22Aを形成する。例えば、以下のようにして形成することができる。
In the next step (see FIG. 3E), a
先ず、コア基板10の両面(絶縁層21上)に、スパッタリングや無電解めっき等により、シード層を形成する。例えば、両面にスパッタリングによりチタン(Ti)の導体層を0.1μm程度の厚さに形成し、更にその上にスパッタリングにより銅(Cu)の導体層を0.5μm程度の厚さに形成して、2層構造(Ti/Cu)のシード層を形成する。このシード層の下層のTi層は、その下層の絶縁層21及び絶縁性基材11と上層のCu層との密着性を高めるための金属層である。Tiの代わりに、クロム(Cr)を用いてもよい。次に、各シード層上に、それぞれ当該シード層を給電層として利用した電解Cuめっきにより、所要の厚さの導体(Cu)層22Aを形成する。
First, seed layers are formed on both surfaces (on the insulating layer 21) of the
このようにして形成された導体層22Aを構成する部分のうち、各ビアホールVH1,VH2に充填された導体部分は、それぞれパッドP1,P3,P2,P4を構成する。
Of the portions constituting the
次の工程では(図4(a)参照)、コア基板10の両面(絶縁層21上)に形成された各導体層22A(図3(e))に対し、それぞれ所要の形状にパターニングして、1層目の配線層22を形成する。例えば、以下のようにして形成することができる。
In the next step (see FIG. 4A), each
先ず、コア基板10の両面(絶縁層21上)に、パターニング材料を使用してエッチング用レジストを形成し、それぞれ所要の箇所を開口する(開口部を備えたレジスト層の形成)。各開口部は、形成すべき配線層22のパターン形状に従って当該パターン部分のみが残存するようにパターニングされる。パターニング材料としては、感光性のドライフィルム(レジスト材料をポリエステルのカバーシートとポリエチレンのセパレータシートの間に挟んだ構造のフィルム)、又は液状のフォトレジスト(例えば、ノボラック系樹脂、エポキシ系樹脂等の液状レジスト)を用いることができる。
First, an etching resist is formed on both surfaces (on the insulating layer 21) of the
例えば、ドライフィルムを使用する場合、各導体層22Aの表面を洗浄した後、その表面にドライフィルム(セパレータシートを剥離したもの)を熱圧着によりラミネートし、このドライフィルムに対し、所要の形状にパターニングされたマスク(図示せず)を用いて紫外線(UV)照射による露光を施して硬化させ、さらにカバーシートを剥離した後、所定の現像液(ネガ型のレジストの場合には有機溶剤を含む現像液、ポジ型のレジストの場合にはアルカリ系の現像液)を用いて当該部分をエッチングし、所要のレジスト層(図示せず)を形成する。同様に液状のフォトレジストを用いた場合にも、表面洗浄→表面にレジスト塗布→乾燥→露光→現像の工程を経て、所要の形状にパターニングされたレジスト層(図示せず)を形成することができる。
For example, when using a dry film, after cleaning the surface of each
次に、このレジスト層をマスクにして、露出している導体層(Cu)22Aの部分を除去し、さらに、その除去後に露出しているシード層(Ti/Cu)の部分を除去する。例えば、Cuに対してのみ可溶性の薬液を用いたウエットエッチングを施し、次に、Tiに対してのみ可溶性の薬液を用いたウエットエッチングを施す。 Next, using this resist layer as a mask, the exposed portion of the conductor layer (Cu) 22A is removed, and further, the portion of the seed layer (Ti / Cu) exposed after the removal is removed. For example, wet etching using a chemical solution soluble only in Cu is performed, and then wet etching using a chemical solution soluble only in Ti is performed.
この後、エッチング用レジストとして用いたレジスト層を除去する。エッチング用レジストとしてドライフィルムを使用した場合には、水酸化ナトリウムやモノエタノールアミン系等のアルカリ性の薬液を用いて除去することができ、ノボラック系樹脂、エポキシ系樹脂等の液状レジストを使用した場合には、アセトンやアルコール等を用いて除去することができる。そして、所定の表面洗浄を行う。 Thereafter, the resist layer used as the etching resist is removed. When a dry film is used as an etching resist, it can be removed using an alkaline chemical such as sodium hydroxide or monoethanolamine. When a liquid resist such as a novolac resin or an epoxy resin is used. Can be removed using acetone, alcohol or the like. Then, predetermined surface cleaning is performed.
これによって、図示のようにコア基板10の両面に複数の線状導体12を共有する形で対向配置(接続)されたパッドP1,P2が露出するとともに、複数の線状導体12を一群としてその一端側にのみ接続されたパッドP3,P4がそれぞれ対応する配線層22と一体的に形成されてなる構造体が作製されたことになる。
As a result, as shown in the figure, the pads P1 and P2 that are arranged oppositely (connected) so as to share the plurality of
次の工程では(図4(b)参照)、図3(c)の工程で行った処理と同様にして、各面側の配線層22及び露出している絶縁層21(露出しているパッドP1,P2を含む)上に、熱硬化性のエポキシ系樹脂をコーティングし、又は熱硬化性のエポキシ系樹脂フィルムをラミネートし、熱硬化させて、所要の絶縁層23Aを形成する。
In the next step (see FIG. 4B), in the same manner as the processing performed in the step of FIG. 3C, the
次の工程では(図4(c)参照)、図3(d)の工程で行った処理と同様にして、各絶縁層23Aに対し、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ等により、それぞれ所要の箇所を開口して、ビアホールVH3,VH4を形成する(絶縁層23の形成)。各ビアホールVH3,VH4は、コア基板10の両面に対向配置された各パッドP1,P2、及び各配線層22に画定される各パッド(図示せず)の形状に従って形成される。
In the next step (see FIG. 4 (c)), in the same manner as the process performed in the step of FIG. 3 (d), each insulating
次の工程では(図5(a)参照)、図3(e)の工程で行った処理と同様にして、各面側の各絶縁層23上に、それぞれ絶縁層23に形成されたビアホールVH3,VH4(図4(c))を充填するようにして導体(Cu)層24Aを形成する。
In the next step (see FIG. 5A), via holes VH3 formed in the insulating
次の工程では(図5(b)参照)、図4(a)の工程で行った処理と同様にして、各面側の各導体層24Aに対し、それぞれ所要の形状にパターニングして、2層目の配線層24を形成する。
In the next step (see FIG. 5B), in the same manner as the processing performed in the step of FIG. 4A, each
最後の工程では(図5(c)参照)、各面側の配線層24及び露出している絶縁層23上に、各配線層24の所要の箇所にそれぞれ画定されたパッドの部分を露出させてその表面を覆うようにソルダレジスト層25を形成する。例えば、感光性のエポキシ系樹脂(ソルダレジスト)をその表面に塗布し、各樹脂層をそれぞれ所要の形状(当該パッドの部分を露出させた形状)にパターニングすることで、ソルダレジスト層25を形成することができる。
In the last step (see FIG. 5C), the portions of the pads respectively defined at required portions of each
各ソルダレジスト層25の開口部からそれぞれ露出する各パッド(配線層24の一部)には、本パッケージ30に実装されるチップの電極端子、本パッケージ30をマザーボード等に実装する際に使用される外部接続端子(はんだボールや金属ピン等)が接合されるので、当該パッド(Cu)上にNiめっき及びAuめっきをこの順に施しておくのが望ましい。ここで、Ni層は、Cu層とAu層との密着性を高め、CuがAu層中へ拡散するのを防止するために設けられており、最外層のAu層は、最終的にチップの電極端子等が接合されたときのコンタクト性を良くするために設けられている。
Each pad exposed from the opening of each solder resist layer 25 (a part of the wiring layer 24) is used when mounting the electrode terminal of the chip mounted on the
これによって、図示のように本実施形態の配線基板(パッケージ)30が作製されたことになる。この配線基板(パッケージ)30は、上述したように一方の面に半導体素子を実装し、他方の面に設けられた外部接続端子を介してマザーボード等の実装用基板に実装されて用いられることを意図している。 As a result, the wiring board (package) 30 of this embodiment is manufactured as shown in the figure. As described above, the wiring board (package) 30 is used by mounting a semiconductor element on one surface and mounting it on a mounting substrate such as a mother board via an external connection terminal provided on the other surface. Intended.
図6はその実装状態の一例を示したものであり、配線基板(パッケージ)30に半導体素子(シリコンチップ41)を実装した状態(半導体装置40)を示している。この半導体装置40において、チップ41の電極端子42は、はんだバンプ等の導電性材料を介して配線基板30上の対応する配線層24のパッドに電気的に接続されている(フリップチップ実装)。さらに、その実装したチップ41と配線基板30の間の空隙には、熱硬化性のエポキシ系樹脂等のアンダーフィル樹脂43が充填され、熱硬化されて、チップ41と配線基板30との機械的な接合が確保されている。
FIG. 6 shows an example of the mounting state, and shows a state (semiconductor device 40) in which a semiconductor element (silicon chip 41) is mounted on the wiring board (package) 30. In this
一方、チップ実装面側と反対側のソルダレジスト層25から露出する配線層24のパッドには、外部接続端子として用いられるはんだボール45が接合されている。このはんだボール45を介して配線基板30はマザーボード等に実装される。
On the other hand,
以上説明したように、本実施形態に係る配線基板(パッケージ)30の構成によれば、コア基板10の絶縁性基材11に、その厚さ方向に貫通する微小径の線状導体12が高密度に設けられ、そのコア基板10の両面に、それぞれ所要の箇所において配線層22の一部から構成される2種類のパッド(図2参照)、すなわち、複数の線状導体12を一群として各群毎に当該線状導体12を共有する形でその両端に接続(対向配置)されたパッドP1,P2と、複数の線状導体12を一群として各群毎に当該線状導体12の一端側にのみ接続されたパッドP3,P4が形成されている。
As described above, according to the configuration of the wiring board (package) 30 according to the present embodiment, the
これにより、コア基板10の一方の面側に形成された配線層22(及びこれにつながる配線層24)と、他方の面側に形成された配線層22(及びこれにつながる配線層24)とは、コア基板10上で対向配置された1対のパッドP1,P2及びこれにつながる複数の線状導体12を介して電気的に接続することができる。つまり、従来のようにパッケージの種類や搭載されるチップ部品の機能等に応じて1枚ずつ特定のコア基板を用意する必要がなく、コア基板10の両面に配置されるパッドP1,P2のサイズや位置を適宜変更するだけで、コア基板10に形成された微小径の線状導体12を介してコア基板10の両面間を容易に接続することができる。
Thereby, the wiring layer 22 (and the
このように本実施形態によれば、コア基板10の共通化を図ることができるので、製造にかかるコストを低減することが可能となる。また、従来技術で行われていたような、コア基板に対するアライメント精度等に依存して受けパッドの径を大きくする必要がないため、配線設計の自由度を高めることができるとともに、配線基板全体の配線密度を向上させることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, since the
また、コア基板10の両面に、図2(b)に例示したように特定の配置形態で各パッドP3,P4を配置しているので、これらのパッドP3,P4をキャパシタ電極として利用し、かつ、コア基板10における絶縁性基材11を誘電体として利用することで、コア基板10の一部(パッドP3,P4が形成されている領域)をキャパシタとして機能させることができる。つまり、パッケージ30内にキャパシタ機能を容易に内蔵させることができる。
Further, since the pads P3 and P4 are arranged in a specific arrangement form as illustrated in FIG. 2B on both surfaces of the
最近のモバイル機器や携帯機器等の電子機器の小型化及び薄型化に伴い、基板(パッケージ)にキャパシタ機能を内蔵する技術が実用化されているが、従来の技術で実用化されているいずれの方法(典型的には、予めフィルム状に形成したキャパシタを基板内に埋め込み、配線層に接続する方法や、高誘電体層を基板内の電極層(導体層)上に形成する方法など)においても、設計上の制約により、所要のデカップリング効果を奏するのに十分な大容量を得るのが難しいといった問題が指摘されている。特に、大容量を得るための手段として誘電体を挟み込んでいる電極(導体層の一部分)の対向面積を大きくするためには、当該導体層のほとんどの部分を電極専用として割り当てる必要があり、そのため、他の配線パターンの設計自由度が阻害されることになる。 With recent downsizing and thinning of electronic devices such as mobile devices and portable devices, a technology that incorporates a capacitor function in a substrate (package) has been put into practical use. In a method (typically, a capacitor formed in advance in a film is embedded in a substrate and connected to a wiring layer, or a high dielectric layer is formed on an electrode layer (conductor layer) in the substrate). However, a problem has been pointed out that it is difficult to obtain a large capacity sufficient to achieve the required decoupling effect due to design constraints. In particular, in order to increase the facing area of an electrode (a part of a conductor layer) sandwiching a dielectric as a means for obtaining a large capacity, it is necessary to allocate most of the conductor layer exclusively for the electrode. Therefore, the degree of freedom in designing other wiring patterns is hindered.
これに対し、本実施形態のパッケージ30の構成によれば、コア基板10の両面に配置されるキャパシタ電極(パッドP3,P4)のサイズや相対位置を適宜変更し設計することで、キャパシタ容量を容易に変更することができ、大容量化に対応することができる。また、キャパシタが内蔵されるのはコア基板10の部分であるため、ビルドアップ層20における配線パターンの設計自由度に影響を与えることもない。
On the other hand, according to the configuration of the
例えば、このようなキャパシタ構造(コア基板10の一部)を、本パッケージ30に実装されるチップ41(図6)の電源端子につながる配線層に接続されたパッドと、チップ41のグランド端子につながる配線層に接続されたパッドとの間に介在するように設けた場合、当該キャパシタとチップ41とを接続する配線のインダクタンスを等価的に下げることができる。これにより、電源ライン等を効果的にデカップリングすることが可能となる。特に、実装されるチップ41がMPU等の高速スイッチング動作を必要とするデバイスである場合、このような「デカップリング」は有用である。
For example, such a capacitor structure (a part of the core substrate 10) is connected to a pad connected to a wiring layer connected to a power supply terminal of the chip 41 (FIG. 6) mounted on the
また、本パッケージ30のベース基材としてのコア基板10(絶縁性基材11)を構成する材料には、実装されるシリコンチップ41(図6)の熱膨張係数(CTE:3ppm/℃程度)に極力近づけたアルミナ(CTE:6〜7ppm/℃程度)を使用しているので、チップ実装の際及びその後の使用時(通電時)においてチップ41とパッケージ30のCTEの違いに起因して両者間に応力(熱ストレス)が発生した場合でも、その発生した熱ストレス(これは、パッケージの反りをひき起こす要因になり得る)をコア基板10において有効に吸収(緩和)することができる。これは、実装するチップ41とパッケージ30の接続信頼性の向上に寄与する。
The material constituting the core substrate 10 (insulating substrate 11) as the base substrate of the
また、対向配置(接続)されたパッドP1,P2を信号端子として利用した場合、当該パッドP1,P2に接続された複数の線状導体12の周囲に、グランド配線につながるパッドに接続された線状導体12を配置することで、特有の効果をもたせることができる。すなわち、この構成は一種の同軸線路と同等の構造を有しているので、シールド(遮蔽)効果を奏することができる。また、各パッドP1,P2の周囲を囲むようにグランド層が配置された構成となっているので、当該パッドP1,P2(信号端子)とその隣りの信号端子(同様に対向配置されたパッドP1,P2)との間に生じる電気的結合(容量結合)を低減することができる。これにより、その信号端子自体がノイズ源となるのを防ぐことが可能となる。
In addition, when the pads P1 and P2 arranged oppositely (connected) are used as signal terminals, a line connected to a pad connected to the ground wiring around the plurality of
上述した実施形態では、コア基板10の絶縁性基材11を構成する材料としてアルミナ等の無機誘電体を使用した場合を例にとって説明したが、基板の材料がこれに限定されないことはもちろんである。すなわち、本発明の要旨(コア基板の共通化を図り、配線密度を高め、配線設計の自由度を高めること)からも明らかなように、コア基板をキャパシタとして機能させる必要がない場合には、基板の材料として必ずしも無機誘電体を使用する必要はない。例えば、エポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂等に代表される有機系の樹脂を使用することも可能である。
In the above-described embodiment, the case where an inorganic dielectric such as alumina is used as the material constituting the insulating
ただし、有機系の樹脂を絶縁性基材11の材料として用いる場合、シリカ等の無機フィラーを高密度に混合させたものを使用するのが望ましい。シリカの熱膨張係数(CTE)は0.5ppm/℃と小さいため、コア基板10全体のCTEを下げるのに寄与する。つまり、パッケージ30のベース基材であるコア基板10のCTEを下げることで、パッケージ30全体としてのCTEを、実装される半導体チップのCTEに近づけている。これにより、アルミナ等の無機誘電体を使用した場合と同様に、チップ実装状態においてチップとパッケージ30のCTEの違いに起因して両者間に発生し得る応力(熱ストレス)をコア基板10において有効に緩和することができる。なお、樹脂に添加される無機フィラーとしては、シリカ以外に、アルミナ、窒化シリコン、窒化アルミニウム等を使用することができる。
However, when an organic resin is used as the material of the insulating
また、絶縁性基材11として有機系の樹脂を使用した場合、図3(a)の工程において絶縁性基材11に設けられる貫通孔THは、炭酸ガスレーザ、エキシマレーザ等を用いた穴明け加工により形成される。さらに、図3(b)の工程において貫通孔THへの金属材料の充填は、めっき法により行うことができる。金属材料としては、入手のし易さ、加工のし易さ等の点で、Cu、Ni等が好適に用いられる。例えば、金属材料としてCuを用いる場合、絶縁性基材11の表面(貫通孔THの内壁面を含む)に、無電解Cuめっきによりシード層を形成し、このシード層を給電層として利用した電解Cuめっきにより、貫通孔THに導体(Cu)を充填する。これに代えて、無電解Cuめっきのみで充填してもよい。
Further, when an organic resin is used as the insulating
10…コア基板(ベース基材)、
11…絶縁性基材、
12…線状導体、
20…ビルドアップ層、
21,23…樹脂層(絶縁層)、
22,24…導体層(配線層)、
25…ソルダレジスト層(保護膜/絶縁層)、
30…配線基板(半導体パッケージ)、
40…半導体装置(パッケージに半導体素子を実装した構造)、
P1,P2,P3,P4…パッド(配線層の一部から構成される部分)。
10: Core substrate (base material),
11 ... Insulating substrate,
12 ... Linear conductor,
20 ... Build-up layer,
21, 23 ... Resin layer (insulating layer),
22, 24 ... conductor layer (wiring layer),
25. Solder resist layer (protective film / insulating layer),
30 ... Wiring board (semiconductor package),
40: Semiconductor device (structure in which a semiconductor element is mounted on a package),
P1, P2, P3, P4... Pads (parts composed of a part of the wiring layer).
Claims (6)
前記コア基板の一方の面に形成され、前記多数の線状導体のうちの第1の複数の線状導体の一端に電気的に接続された第1のパッドと、
前記コア基板の他方の面に形成され、前記第1のパッドに対向して配置され、前記第1の複数の線状導体の他端に電気的に接続された第2のパッドと、
前記コア基板の一方の面に形成され、前記多数の線状導体のうちの第2の複数の線状導体の一端に電気的に接続された第3のパッドと、
前記コア基板の他方の面に形成され、平面視において前記第3のパッドと隣り合い且つ前記第3のパッドと重ならずに配置され、前記多数の線状導体のうちの第3の複数の線状導体の一端に電気的に接続された第4のパッドと
を有し、
前記第1及び前記第2のパッドを介して前記コア基板の一方の面側と他方の面側との配線接続が形成されているとともに、
前記第3のパッド及び前記第2の複数の線状導体と前記第4のパッド及び前記第3の複数の線状導体とは前記絶縁性基材を介して容量結合されていることを特徴とする配線基板。 A core substrate having a plurality of linear conductors penetrating inorganic dielectric consists of material insulating base in the thickness direction is provided in close-packed structure,
A first pad formed on one surface of the core substrate and electrically connected to one end of the first plurality of linear conductors of the plurality of linear conductors;
A second pad formed on the other surface of the core substrate, disposed opposite to the first pad, and electrically connected to the other ends of the first plurality of linear conductors;
A third pad formed on one surface of the core substrate and electrically connected to one end of a second plurality of linear conductors of the multiple linear conductors;
Formed on the other surface of the core substrate, arranged adjacent to the third pad in a plan view and without overlapping the third pad, and a third plurality of the plurality of linear conductors A fourth pad electrically connected to one end of the linear conductor;
Have
A wiring connection between one surface side and the other surface side of the core substrate is formed through the first and second pads ,
The third pad and the second plurality of linear conductors, and the fourth pad and the third plurality of linear conductors are capacitively coupled through the insulating base material. Wiring board to be used.
前記第1の絶縁層上に前記第1のパッドと一体的に形成された第1の配線層と、
前記第1の絶縁層上に前記第3のパッドと一体的に形成された第2の配線層と、
前記コア基板の他方の面に形成され、前記第2及び前記第4のパッド間の領域を被覆する第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層上に前記第2のパッドと一体的に形成された第3の配線層と、
前記第2の絶縁層上に前記第4のパッドと一体的に形成された第4の配線層と
を有することを特徴とする請求項2に記載の配線基板。 A first insulating layer formed on one surface of the core substrate and covering a region between the first and third pads;
A first wiring layer formed integrally with the first pad on the first insulating layer;
A second wiring layer formed integrally with the third pad on the first insulating layer;
A second insulating layer formed on the other surface of the core substrate and covering a region between the second and fourth pads;
A third wiring layer formed integrally with the second pad on the second insulating layer;
A fourth wiring layer formed integrally with the fourth pad on the second insulating layer;
The wiring board according to claim 2, characterized in that it comprises a.
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